環(huán)境空氣中顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制措施探討

楊金星 韋淑坤 陳艷麗

（三門(mén)峽市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河南 三門(mén)峽 472000）

環(huán)境空氣中顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制措施探討

楊金星 韋淑坤 陳艷麗

（三門(mén)峽市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河南 三門(mén)峽 472000）

文章以美國(guó)Thermo Fisher公司的FH62C14型PM10自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀為例，從β射線法測(cè)定空氣中顆粒物的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成入手，對(duì)影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的因素進(jìn)行了分析，從而對(duì)顆粒物監(jiān)測(cè)的質(zhì)量保證工作提出了合理化建議。

β射線法；顆粒物測(cè)定；質(zhì)量保證；建議

隨著生活水平的不斷提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注自己的生活環(huán)境質(zhì)量，網(wǎng)上熱議空氣灰霾現(xiàn)象也引起了國(guó)家相關(guān)部門(mén)的重視，從而出臺(tái)了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》及一系列考核體系?！洞髿馕廴痉乐涡袆?dòng)計(jì)劃》要求，到2017年河南省PM10年均濃度在2012年的基礎(chǔ)上消減15%，因此空氣中顆粒物監(jiān)測(cè)分析工作就顯得舉足輕重。本文以美國(guó) Thermo Fisher公司的FH62C14型PM10自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀為例，從β射線法測(cè)定空氣中顆粒物（PM10）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成入手，對(duì)影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的因素進(jìn)行了分析，從而對(duì)顆粒物監(jiān)測(cè)的質(zhì)量保證工作提出了合理化建議。

1 FH62C14型顆粒物（PM10）測(cè)定儀的原理[1]

儀器利用恒流抽氣泵對(duì)大氣進(jìn)行采樣，大氣中的顆粒物經(jīng) PM10切割器切割后吸附在β源和蓋革計(jì)數(shù)管(用于測(cè)量β射線強(qiáng)度的一種探測(cè)器)之間的濾紙表面，抽氣前后蓋革計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)值的改變反映了濾紙上吸附灰塵的質(zhì)量變化，由此可以得到采樣空氣中PM10的濃度。

在一定條件下，β射線衰減量的大小僅與吸收物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)，而與吸收物質(zhì)的其它物化特性（顆粒物分散度、顏色、光澤、形狀等）無(wú)關(guān)。β射線穿過(guò)吸收物質(zhì)后，其強(qiáng)度的衰減可由下式描述：

其中：I0—β源的輻射強(qiáng)度；

I--β源輻射穿過(guò)物質(zhì)后的強(qiáng)度；

ΔmT—吸收物質(zhì)單位面積總質(zhì)量（mg/cm2）；

k—質(zhì)量吸收系數(shù)（由β源和計(jì)數(shù)管的相對(duì)位置和特性決定）。

2 FH62C14型顆粒物（PM10）測(cè)定儀工作流程簡(jiǎn)介

可吸入顆粒物測(cè)定系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1　顆粒物測(cè)定系統(tǒng)構(gòu)成

從圖 1中可看出，顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由采樣頭及切割器、采樣管加熱、儀器檢測(cè)部分組成，下面筆者從這三個(gè)部分來(lái)分析影響測(cè)量的因素。

3 采樣頭及切割器部分影響測(cè)定的因素分析

根據(jù)β射線法測(cè)定空氣中可吸入顆粒物原理，可知顆粒物切割器切割效果直接影響到了顆粒物測(cè)定的準(zhǔn)確性，而影響切割器切割效果的因素又有很多。研究資料表明，在噴嘴直徑一定的條件下，顆粒物切割效果與采氣流量、噴嘴與沖擊板距離兩者密切相關(guān)[2]，目前相關(guān)的顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范里要求的流量校準(zhǔn)、采樣頭及切割器定期清洗就是基于這一點(diǎn)提出的，但長(zhǎng)期使用的切割器經(jīng)過(guò)維護(hù)保養(yǎng)切割效果是否能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求就無(wú)法衡量了。建議：顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范里增加顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)采樣系統(tǒng)切割器應(yīng)定期由有資質(zhì)、有能力的機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定，檢定合格的切割器才能繼續(xù)使用，確保采集到的顆粒物是可吸入顆粒物（PM10）。

4 系統(tǒng)加熱部分對(duì)測(cè)定的影響分析

為了減少空氣中濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)中采樣管需要加熱，去除空氣中的水分。目前，可吸入顆粒物（PM10）的加熱方式為固定溫度加熱，而加熱溫度的高低直接影響到了測(cè)試結(jié)果：溫度過(guò)高，導(dǎo)致顆粒物中易揮發(fā)分解的組份損失，導(dǎo)致結(jié)果偏低；溫度過(guò)低，則不能完全去除水分對(duì)測(cè)定的影響。這也是PM2.5、PM10濃度倒掛的因素之一（可吸入肺顆粒物（PM2.5）采取的是動(dòng)態(tài)加熱方式）。建議可吸入顆粒物（PM10）的加熱方式也采取動(dòng)態(tài)加熱方式（控制相對(duì)濕度），隨之而來(lái)的還有一系列問(wèn)題：相對(duì)濕度控制在什么范圍合適？不同的地理環(huán)境、污染類(lèi)型，是否能夠采取同樣的相對(duì)濕度控制條件？這就需要開(kāi)展相關(guān)研究工作。

5 儀器檢測(cè)部分影響測(cè)定的因素分析

儀器檢測(cè)部分影響測(cè)定的因素有檢測(cè)器的準(zhǔn)確性、紙帶的質(zhì)量、紙帶平臺(tái)的清潔度等，主要是檢測(cè)器的準(zhǔn)確性。目前，檢測(cè)器準(zhǔn)確性通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)膜片校準(zhǔn)衡量，因此標(biāo)準(zhǔn)膜片應(yīng)定期更換。為減少不同標(biāo)準(zhǔn)膜帶來(lái)的偏差，建議每個(gè)地級(jí)市所有子站均采用同一套標(biāo)準(zhǔn)膜片。

6 環(huán)境空氣中顆粒物（PM10）自動(dòng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證工作建議

目前，環(huán)境空氣中顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)相關(guān)規(guī)范要求的質(zhì)量保證措施主要有以下幾點(diǎn)：一是定期用檢定過(guò)的流量計(jì)、溫度壓力測(cè)定裝置對(duì)儀器進(jìn)行流量、壓力溫度校準(zhǔn)；二是定期進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)膜片校準(zhǔn)；三是定期清洗采樣管路、采樣頭及切割器、紙帶平臺(tái)等。通過(guò)以上分析，現(xiàn)有的質(zhì)量保證措施已不能完全滿(mǎn)足工作需要，建議：

（1）盡快開(kāi)展顆粒物切割器檢定工作；

（2）可吸入顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器加熱方式改為動(dòng)態(tài)加熱，同時(shí)開(kāi)展“動(dòng)態(tài)加熱方式相對(duì)濕度控制條件”研究；

（3）定期更換校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)膜片。

筆者工作經(jīng)驗(yàn)有限，意在拋磚引玉,希望各地同行加強(qiáng)交流，促進(jìn)環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作的發(fā)展，本文如有偏頗之處,請(qǐng)廣大同行不吝指正。

[1] 美國(guó)Thermo fisher公司. FH62C14型顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀使用說(shuō)明書(shū)[M].美國(guó):Thermo fisher Scientific Inc,2007.

[2] 李豐果,楊冠玲,何振江.PM10 沖擊采樣器切割頭設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)切割粒徑的影響[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2003,(1):27-29.

Quality control measures for the automatic monitoring of particulate matter in ambient air

Based on the system construction of β-Ray method for determination of particulates in the air, the article, taking the automatic monitor for PM10, a type of FH62C14 from the Thermo Fisher Company in the United States, analyzes the factors that influence the results of the monitoring, and puts forward rationalization proposals to ensure the accuracy of particulates monitoring.

β-Ray method; determination of particulates; quality assurance; proposals

X831

A

1008-1151(2015)10-0024-02

2015-09-10

楊金星（1977－），男，河南靈寶人，三門(mén)峽市環(huán)境監(jiān)測(cè)站工程師，從事自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作。